(57)【要約】【課題】内燃機関において予混合気に対する体積的な点火を可能にしつつ、その点火時期を適切に制御可能とする。【解決手段】点火装置５０の内部において、誘電体は、高圧電極と接地電極との間に設けられ、内燃機関１の燃焼室６３に露出し、燃焼室６３内の混合気を導入するための空隙を有する。ＥＣＵ４０の電圧制御部４３は、高圧電極〜接地電極間に放電電圧ＶＤを印加し、誘電体内に放電を生じさせる。放電電圧ＶＤの印加タイミングは、ＥＣＵ４０において所望の点火時期に応じて制御される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、
前記第１電極と対向して配置される第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に設けられるとともに、内燃機関の燃焼室に露出し、当該燃焼室内の混合気を導入するための空隙を有する誘電体と、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加し、前記誘電体内に放電を生じさせる電圧印加部と、
を備えた、内燃機関の点火装置。
【請求項２】
前記第１電極は、棒状に形成され、
前記第２電極は、中空円筒状に形成され、当該中空円筒内の中心軸近傍に前記第１電極が配設されるとともに、前記誘電体が中空円筒内の空間の少なくとも一部に充填される
請求項１記載の内燃機関の点火装置。
【請求項３】
前記誘電体は、複数の粒状の誘電体単体から形成される
請求項１または２に記載の内燃機関の点火装置。
【請求項４】
前記誘電体は、多孔質体を含む
請求項１または２に記載の内燃機関の点火装置。
【請求項５】
前記誘電体は、ＣＯ2吸収セラミックである
請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の点火装置。
【請求項６】
前記電圧印加部が印加する電圧は、交流電圧である
請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の点火装置。
【請求項７】
内燃機関の負荷が低いほど、前記交流電圧に含まれる周期数を増加させる
請求項６に記載の内燃機関の点火装置。
【請求項８】
内燃機関に供給される混合気の燃料濃度が希薄であるほど、前記交流電圧に含まれる周期数を増加させる
請求項６または７に記載の内燃機関の点火装置。
【請求項９】
内燃機関の始動時には、連続運転時と比較して、前記交流電圧に含まれる周期数を増加させる
請求項６〜８のいずれかに記載の内燃機関の点火装置。
【請求項１０】
前記交流電圧の印加時間を変化させることによって、前記交流電圧に含まれる周期数を変化させる
請求項７〜９のいずれかに記載の内燃機関の点火装置。
【請求項１１】
前記交流電圧の周波数を変化させることによって、前記交流電圧に含まれる周期数を変化させる
請求項７〜９のいずれかに記載の内燃機関の点火装置。
【請求項１２】
内燃機関の回転速度が所定の第１速度よりも速いとき、前記交流電圧の印加時間を変化させることによって、前記交流電圧に含まれる周期数を変化させる
請求項１１に記載の内燃機関の点火装置。
【請求項１３】
内燃機関に供給されるＥＧＲガスの量が大きいほど、前記交流電圧に含まれる周期数を増加させる
請求項６〜８のいずれかに記載の内燃機関の点火装置。
【請求項１４】
主燃焼室と、
前記主燃焼室と隣接して設けられた副燃焼室と、
前記主燃焼室と前記副燃焼室とを連通している連通路と、
前記副燃焼室内に設けられた第１電極と、
前記副燃焼室内に設けられ、前記第１電極と対向して配置される第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に設けられるとともに、前記主燃焼室から前記連通路を介して供給される混合気を導入するための空隙を有する誘電体と、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加し、前記誘電体内に放電を生じさせる電圧印加部と、
を備えた内燃機関。
【請求項１５】
前記第１電極は、棒状に形成され、
前記第２電極は、中空円筒状に形成され、当該中空円筒内の中心軸近傍に前記第１電極が配設されるとともに、前記誘電体が中空円筒内の空間の少なくとも一部に充填される
請求項１４記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、急速燃焼を得るための内燃機関の点火技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、急速燃焼を実現する内燃機関として、ＰＭ(Porous Medium)エンジンが知られている（下記非特許文献１参照）。
【０００３】
ＰＭエンジンでは、多孔質体（ＰＭ；Porous Medium）が燃焼室に配備される。この多孔質体内には圧縮行程で空気のみが導入され、上死点付近で燃料が噴射される。そして、燃料は、多孔質体内で急速に気化されるとともに空気と混合する。その結果、多孔質体で発生する体積的な自己点火によって急速な火炎伝播が行われる。
【非特許文献１】The Fifth International Symposium on Diagnostics and Modeling of Combustion in Internal Combustion Engines (COMODIA 2001), July 1-4, 2001, Nagoyaの４６７〜４７２ページ("A New Concept of I.C. Engine with Homogeneous Combustion in a Porous Medium"/ Franz Durst and Miroslaw Weclas)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述したＰＭエンジンを予混合気による運転に適用しようとすると、点火時期が多孔質体の温度に依存することになって、その点火時期を制御することが困難である。
【０００５】
すなわち、予混合気が常に多孔質体に接触する状態では、多孔質体の温度が高過ぎる場合、点火が遅すぎるためにノッキングを生じやすく、逆に多孔質体の温度が低過ぎる場合、点火が遅すぎるために熱効率が低下する。
【０００６】
また、定常的な運転状態で多孔質体の温度を所望の範囲内に維持することができたとしても、運転状態が過渡的に変化するときには多孔質体の温度が変化する。そして、この温度の応答遅れを考慮すると、ＰＭエンジンにおいて予混合気に対し、点火時期に適切に制御することは困難である。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、予混合気に対する体積的な点火を可能にしつつ、その点火時期を適切に制御可能とした、内燃機関の点火装置、内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の第１の観点は、第１電極と、第２電極と、誘電体と、電圧印加部とを備えた、内燃機関の点火装置である。
【０００９】
第２電極は、第１電極と対向して配置される。誘電体は、第１電極と第２電極との間に設けられるとともに、内燃機関の燃焼室に露出し、その燃焼室内の混合気を導入するための空隙を有する。電圧印加部は、第１電極と第２電極との間に電圧を印加し、誘電体内に放電を生じさせる。空隙と誘電体との誘電率の差により空隙に高電界がかかることで多数の空隙に部分放電が生じ、内燃機関の圧縮行程によって空隙内に流入した混合気に対して体積的な点火が行われる。
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の第２の観点は、主燃焼室と、副燃焼室と、連通路と、第１電極と、第２電極と、誘電体と、電圧印加部とを備えた内燃機関である。
【００１１】
副燃焼室は、主燃焼室と隣接して設けられる。連通路は、主燃焼室と副燃焼室とを連通している。第１電極は、副燃焼室内に設けられる。第２電極は、副燃焼室内に設けられ、第１電極と対向して配置される。誘電体は、第１電極と第２電極との間に設けられるとともに、主燃焼室から連通路を介して供給される混合気を導入するための空隙を有する。電圧印加部は、第１電極と第２電極との間に電圧を印加し、誘電体内に放電を生じさせる。空隙と誘電体との誘電率の差により空隙に高電界がかかることで多数の空隙に部分放電が生じ、内燃機関の圧縮行程によって空隙内に流入した混合気に対して体積的な点火が行われる。誘電体内の混合気の点火によって発生するトーチは、連通路を介して主燃焼室へ噴射する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の点火装置によれば、体積的な点火によって内燃機関の急速燃焼を可能にするとともに、電圧印加部による電圧印加時期を制御することによって、内燃機関における所望の点火時期を実現することが可能となる。
【００１３】
本発明の内燃機関によれば、副燃焼室内の誘電体による体積的な点火を行うため、誘電体内の間隙度合いを調節することによって、副燃焼室から噴出されるトーチの強度を制御することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明の点火装置の一実施形態を含む内燃機関の構成及び動作について、図１を参照しながら説明する。
【００１５】
（内燃機関の概略構成）
図１に、第１の実施形態における内燃機関１の断面図を示す。
【００１６】
内燃機関１は、主として、ピストン３、燃焼室６３、吸排気機構、燃料噴射弁２８、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０、点火装置５０を備える。
【００１７】
燃焼室６３は、シリンダヘッド２０，シリンダブロック２１およびピストン３に囲まれた空間である。シリンダヘッド２０には、燃焼室６３に新気空気を供給するための吸気ポート２３と、燃焼室６３から既燃ガスを排気ガスとして排出するための排気ポート２４とが形成されている。燃料噴射弁２８は、吸気ポート２３に突出して設けられる。かかる構成によって、燃焼室６３には、燃料と空気との予混合気が導入される。
【００１８】
また、吸排気機構として、吸気ポート２３の下流には吸気バルブ２１が配備され、排気ポート２４の上流には排気バルブ２２が配備されている。クランクシャフトの回転に連動して回転する吸気用カム軸２１ｂ／排気用カム軸２２ｂに固定された吸気用カム２１ａ／排気用カム２２ａは、吸気バルブ２１／排気バルブ２２の上方に配置されており、吸気バルブ２１／排気バルブ２２を開閉させる。
【００１９】
点火装置５０は、燃焼室６３の混合気を点火する。点火装置５０の一端は、燃焼室６３に突出して設けられている。
【００２０】
点火装置５０は、ＥＣＵ４０から与えられる放電電圧ＶＤによって体積的な点火を行う。すなわち、点火装置５０では、１点において点火が行われる点火プラグと異なり、誘電体内の空隙に高電界がかかることで、空隙の複数の箇所で部分放電が生じ、その誘電体内で多点での点火が行われる。これによって、燃焼室６３内の混合気は急速に燃焼される。
【００２１】
なお、点火装置５０に対する放電電圧ＶＤは、ＥＣＵ４０から供給される。
【００２２】
この点火装置５０の構成については、後述する。
【００２３】
ＥＣＵ４０は、燃料噴射弁２８、点火装置５０などに電気的に接続されている。
【００２４】
ＥＣＵ４０は、主として、負荷演算部４１、燃料噴射制御部４２、電圧制御部４３、点火時期制御部４４、記憶部４５を備える。負荷演算部４１、燃料噴射制御部４２、電圧制御部４３、点火時期制御部４４は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)によって実現される。記憶部４５は、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)などであり、実行プログラムや様々なマップ情報を記憶している。
【００２５】
ＥＣＵ４０には、クランク角センサ（図示せず）で検出されたクランク角信号、水温センサ（図示せず）で検出された冷却水温信号、アクセル開度センサ（図示せず）で検出されたアクセル開度信号などが入力される。負荷演算部４１は、これらの入力信号に基づいて、機関負荷を演算する。
【００２６】
燃料噴射制御部４２は、機関負荷の情報を負荷演算部４１から受け取る。また、燃料噴射制御部４２は、機関負荷および機関速度に基づいて、記憶部４５内のマップ情報を参照し、燃料噴射弁２８による噴射時期を算出する。その算出された噴射時期を示す制御信号は燃料噴射弁２８に送信される。
【００２７】
電圧制御部４３は、点火装置５０に対する放電電圧ＶＤを発生させて点火装置５０へ供給する。
【００２８】
放電電圧ＶＤの１回のパルス電圧によって点火装置５０内の放電を生じさせることは可能であるが、複数回の点火によって燃焼安定性を確保する観点から、放電電圧ＶＤは交流電圧が好ましい。そして、電圧制御部４３では、この交流電圧の発生期間、周波数、周期数を、内燃機関１の運転状態や燃料濃度などによって変化させる。なお、周期数は、交流電圧波形に含まれる単位周期の数であるが、電圧発生期間と周波数が設定されれば自動的に特定されることは言うまでもない。
【００２９】
点火時期制御部４４は、機関負荷の情報を負荷演算部４１から受け取り、機関負荷の情報などに基づいて点火装置５０の点火時期を算出する。算出された点火時期の情報は、点火装置５０に対する放電電圧ＶＤの印加時期に反映される。
【００３０】
（点火装置５０の構成）
次に、点火装置５０の概略構成について、図２を参照して説明する。
【００３１】
図２は、点火装置５０の断面図である。図２に示すように、点火装置５０は、高圧電極５１（第１電極）、接地電極５２（第２電極）、誘電体５３、ブロック５４によって形成される。
【００３２】
接地電極５２は、中空円筒状に形成され、その中空部分が燃焼室６３に露出している。接地電極５２を形成する中空円筒の中心軸付近には、棒状の高圧電極５１が設けられる。接地電極５２は、グランド端子（図示しない）に接続される。なお、このグランド端子（図示しない）は、内燃機関１の任意のグランドレベルの位置でもよいし、ＥＣＵ４０内のグランドレベルの位置に設けてもよい。
【００３３】
高圧電極５１は、伝導性のブロック５４に支持され、ブロック５４を介してＥＣＵ４０からの高圧の放電電圧ＶＤが印加される。
【００３４】
接地電極５２の中空部分には、誘電体５３が充填される。誘電体５３は、図２に示すように多孔質体を含んでいる。この多孔質体の空隙部は、内燃機関１の圧縮行程において燃焼室６３内の混合気を導入可能な程度の空隙率で形成されている。そして、高圧電極５１〜接地電極５２間に放電電圧ＶＤが印加されると、この空隙部にて放電が生ずる。この放電は、空隙部の複数の箇所で発生するので、空隙部に導入された混合気に対して体積的な点火が行われることになる。
【００３５】
なお、本実施形態において、点火装置５０は、接地電極５２を円筒形状としたが、これに限られない。接地電極が高圧電極と対向して配置され、高圧電極と接地電極との間に誘電体が挿入されれば放電を生じさせることが可能である。したがって、高圧電極５１と接地電極５２とを、たとえば互いに平行な２つの板状の部材で形成し、その２つの部材間に誘電体を接合するようにしてもよい。
【００３６】
次に、図１に示す内燃機関１の概略動作について説明する。
【００３７】
（内燃機関１の概略動作）
吸気行程では、ピストン３により燃焼室６３の容積が増加し、吸気ポート２３から新気混合気が燃焼室６３に導入される。この新気混合気は概ね均質になる。
【００３８】
圧縮行程では、ピストン３により燃焼室６３の容積が減少し、燃焼室６３の均質な新気混合気の一部が点火装置５０の誘電体５３（多孔質体）に導入される。
【００３９】
上死点近傍でＥＣＵ４０が放電電圧ＶＤを発生させ、この放電電圧ＶＤが点火装置５０に印加されると、点火装置５０の誘電体５３では体積的な点火が行われ、誘電体５３内の混合気および燃焼室６３の混合気が急速燃焼する。
【００４０】
膨張行程において、均質な新気混合気が燃焼して発生した燃焼圧力は、ピストン３を押し下げる。これにより、燃焼室６３の容積が増加する。既燃ガスは、ピストン３により燃焼室６３の容積が減少する排気行程において、排気ポート２４へ排出される。
【００４１】
（ＥＣＵ４０における放電電圧ＶＤの制御）
次に、ＥＣＵ４０（電圧制御部４３）で行われる放電電圧ＶＤの制御方法について説明する。ＥＣＵ４０の電圧制御部４３では、交流の放電電圧ＶＤを発生されるが、この交流電圧の発生期間、周波数、周期数を、内燃機関１の運転状態や燃料濃度などによって変化させる。
【００４２】
ここで、交流の放電電圧ＶＤの周期数を増加させることによって、点火装置５０の誘電体５３に印加されるピーク電圧の回数を増加する。すなわち、そのピーク電圧の回数に応じた回数の放電が行われることになるので、誘電体５３において、より多くの空隙で部分放電が生じ、点火性が向上し、燃焼変動が低減する。電圧制御部４３は、放電電圧ＶＤの周期数を運転状態に応じて制御する。
【００４３】
図３には、放電電圧ＶＤの電圧波形の周期数の変更方法を示す。
【００４４】
図３において、（ａ）は基本波形を示し、（ｂ）および（ｃ）は、その基本波形に対して周期数を変更（増加）させた波形を示す。図３（ｂ）の波形は、基本波形に対して、電圧印加期間を変更せずに、周波数を増加させた波形である。図３（ｃ）の波形は、基本波形に対して、周波数を変更せずに、電圧印加期間を増加させた波形である。
【００４５】
図３に示すように、放電電圧ＶＤの周期数を変化させるには、電圧印加期間を変化させる場合と周波数を変化させる場合との２通りがある。
【００４６】
次に、運転状態に応じた放電電圧ＶＤの制御方法について説明する。
【００４７】
ＥＣＵ４０の電圧制御部４３が参照するマップ情報を図４に示す。マップ情報には、内燃機関１の機関負荷および機関回転数と運転領域との関係が示されている。
【００４８】
図４において、第１運転領域Ｃ１は、比較的低速低負荷側の領域であり、希薄燃焼が行われる運転状態である。第１運転領域Ｃ１では、燃焼室６３の空燃比が理論空燃比よりもリーンに制御される。第２運転領域Ｃ２は、比較的高速側又は高負荷側の領域であり、通常の燃焼が行われる。第２運転領域Ｃ２では、燃焼室６３の空燃比が理論空燃比に制御される。
【００４９】
図４の（ａ）に示すように、電圧制御部４３は、機関負荷が小さくなるほど放電電圧ＶＤの周期数を増加させる。これによって、低負荷時の燃焼変動の増加を抑制することができる。
【００５０】
図４の（ｂ）に示すように、電圧制御部４３は、同一負荷の条件下では、機関回転数が速くなるほど放電電圧ＶＤの周波数を増加させる。すなわち、同一負荷では、燃焼変動の抑制の観点から周期数を変化させる必要はないが、高回転になるほどクランク角度単位での放電密度が低下していくため、体積的点火の効果が抑制されないように、高速回転時での単位時間当たりの点火回数を増加させる。すなわち、放電電圧ＶＤの周波数を増加させる。
【００５１】
図４の（ｃ）に示すように、電圧制御部４３は、第２運転領域Ｃ２から第１運転領域Ｃ１へ運転状態が変化したときは、周期数および電圧印加期間も増加させる。周波数および電圧印加期間を増加させることで、放電電圧ＶＤの周期数が増加するため、体積的な点火の効果が大きくなり、より希薄な混合気への点火が可能になり、第１運転領域Ｃ１での希薄空燃比時の燃焼変動の増加を抑制することができる。
【００５２】
また、電圧制御部４３は、内燃機関の始動時には、連続運転時と比較して、放電電圧ＶＤに含まれる周期数を増加させる。これによって、始動時の燃焼変動を低下させる。始動時の燃焼変動を低下させることができれば、始動時の点火時期の遅角化が可能となり、排気触媒の昇温を早期化させることができる。
【００５３】
なお、始動時における放電電圧ＶＤの周期数の増加は、周波数を増加させることによって行うことが望ましい。電圧印加期間を長くすると、点火可能な期間を長くすることになって、始動時の燃焼変動が大きくなることが懸念されるためである。
【００５４】
＜内燃機関の点火装置５０の特徴＞
（１）
以上説明したように、点火装置５０において、誘電体５３は、高圧電極５１（第１電極）と接地電極５２（第２電極）との間に設けられ、内燃機関１の燃焼室６３に露出し、燃焼室６３内の混合気を導入するための空隙を有する。そして、電圧制御部４３（電圧印加部）は、高圧電極５１〜接地電極５２間に放電電圧ＶＤを印加し、誘電体５３内に放電を生じさせる。放電電圧ＶＤの印加タイミングは、ＥＣＵ４０において所望の点火時期に応じて制御される。
【００５５】
したがって、誘電体の空隙に生ずる放電によって、導入された混合気に対する体積的な点火が可能になるとともに、誘電体の状態に関わらず、運転状態に応じた所望のタイミングで点火を行うことが可能である。
【００５６】
（２）
点火装置５０は、第１電極としての高圧電極５１が棒状に形成され、第２電極としての接地電極５２が中空円筒状に形成され、その中空円筒内の中心軸近傍に高圧電極５１が配備されるとともに、誘電体５３が中空円筒内の空間の少なくとも一部に充填される。
【００５７】
すなわち、放電電圧ＶＤが印加される高圧電極５１が誘電体５３に囲まれるように形成されるので、内燃機関１の運転状態によって混合気の濃度等が変化した場合においても、誘電体が充填された領域以外の領域で放電が生じることを防止され、安定した燃焼を行うことができる。
【００５８】
（３）
点火装置５０の誘電体５３は、多孔質体を含む。したがって、誘電体自体を比較的容易に低コストで製造することができる。
【００５９】
（４）
ＥＣＵ４０の電圧制御部４３が印加する放電電圧ＶＤは、交流電圧である。
【００６０】
放電電圧ＶＤを交流電圧とすることで、点火装置５０の誘電体５３に対して、ピーク電圧を複数回印加させることができ、誘電体５３の空隙部のより多くの空隙で部分放電が生ずる。したがって、点火性が向上するとともに体積的な点火の効果が大きくなる。
【００６１】
（５）
交流の放電電圧ＶＤは、内燃機関の機関負荷が低いほど、交流電圧に含まれる周期数を増加させる。これにより、低負荷時の燃焼変動の増加が抑制される。
【００６２】
（６）
交流の放電電圧ＶＤは、内燃機関に供給される混合気の燃料濃度が希薄なほど、交流電圧に含まれる周期数を増加させる。これにより、体積的な点火の効果が大きくなり、より希薄な混合気への点火が可能になり、希薄空燃比時の燃焼変動の増加を抑制することができる。
【００６３】
（７）
交流の放電電圧ＶＤは、内燃機関の始動時には、連続運転時と比較して、交流電圧に含まれる周期数を増加させる。これによって、始動時の燃焼変動を低下させる。始動時の燃焼変動の低下の副次的効果として、始動時の点火時期の遅角化が可能となり、排気触媒の昇温を早期化させることができる。
【００６４】
（８）
交流の放電電圧ＶＤは、交流電圧の印加時間を変化させることによって、交流電圧に含まれる周期数を変化させる。たとえば電圧印加期間を長くすることで、実質的な放電期間が長くなるため、例えば成層燃焼時など混合気の濃度が時間的に変化する運転状態において点火をより確実に行うことができる。
【００６５】
（９）
交流の放電電圧ＶＤは、前記交流電圧の周波数を変化させることによって、交流電圧に含まれる周期数を変化させる。これによって、単位時間当たりに放電によって与えられる点火エネルギーが増加するため、たとえば予混合気の希薄空燃比時やＥＧＲ導入時のような混合気自体が点火しづらくなる運転状態において点火をより確実に行うことができる。
【００６６】
（１０）
交流の放電電圧ＶＤは、内燃機関の回転速度が所定の第１速度よりも速いとき、前記交流電圧の印加時間を変化させることによって、前記交流電圧に含まれる周期数を変化させる。これにより、高速回転時での単位時間当たりの点火回数が増加するため、高回転化でクランク角度単位での放電密度が低下していったとしても、体積的点火の効果が抑制されない。
【００６７】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の点火装置の一実施形態を含む内燃機関の別の構成について、図５を参照しながら説明する。図５は、第２の実施形態に係る内燃機関１ａの断面図である。なお、第１の実施形態と同様の部分については、第１の実施形態と同じ符号を用いて重複説明を省略する。また、内燃機関１ａは、内燃機関１同様ＥＣＵ４０（図５には図示しない）を備える。
【００６８】
内燃機関１ａは、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁２９を備え、通常燃焼と成層燃焼とを切り替えて運転する。また、通常運転時には、ＥＧＲガスを燃焼室６３に導入する点が内燃機関１と異なる。
【００６９】
第２の実施形態において、ＥＣＵ４０の電圧制御部４３が参照するマップ情報を図６に示す。マップ情報には、内燃機関１ａの機関負荷および機関回転数と運転領域との関係が示されている。
【００７０】
図６に示すように、内燃機関１ａは、第１運転領域Ｃ１または第２運転領域Ｃ２のいずれかによって、成層燃焼または通常燃焼を行うようになっている。
【００７１】
次に、図６を参照し、運転状態に応じた放電電圧ＶＤの制御方法について説明する。
【００７２】
図６の（ａ）〜（ｃ）に示した制御方法は、図４（ａ）〜（ｃ）に示したものと同一であるが、（ｃ）で電圧印加期間を増加させるのは、成層燃焼が行われる第１運転領域Ｃ１では、混合気の濃度が時間的に変化するため、点火期間を長く確保することで点火をより確実に行うようにするためである。内燃機関１ａでは、図６の（ｄ）に示すように、第２運転領域Ｃ２ではＥＧＲガスを導入する。そして、そのＥＧＲガスの導入量は、機関負荷が小さくなるほど多くする。
【００７３】
すなわち、ＥＣＵ４０の電圧制御部４３は、機関負荷が小さくなって、内燃機関１ａに供給されるＥＧＲガスの量が大きいほど、交流電圧の周波数を増加させることで、交流電圧に含まれる周期数を増加させる。これによって、ＥＧＲガスの量が大きいほど、体積的な点火の効果が大きくなり、より多くのＥＧＲを導入した混合気への点火が可能になる。またＥＧＲの導入時の燃焼変動の増加を抑制することができる。
【００７４】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明の内燃機関の一実施形態の構成について、図７を参照しながら説明する。図７は、第３の実施形態に係る内燃機関１ｂの断面図である。なお、第１の実施形態と同様の部分については、第１の実施形態と同じ符号を用いて重複説明を省略する。
【００７５】
図７において、ＥＣＵ８０は、第１の実施形態におけるＥＣＵ４０と同様の構成・機能を備えている。
【００７６】
（内燃機関の概略構成）
内燃機関１ｂは、副室式内燃機関である点で、第１の実施形態に係る内燃機関１と相違する。すなわち、燃焼室６３は主燃焼室として機能する。また、点火装置７０が、主燃焼室６３に隣接して設けられる。この点火装置７０は、副燃焼室を含む。図７に示すように、点火装置７０は、半球上の底面が主燃焼室６３に突出して設けられ、その底面には、主燃焼室６３と点火装置７０（副燃焼室）とを連通する連通路７２ａが形成されている。
【００７７】
（点火装置７０の構成）
次に、点火装置７０の概略構成について、図８を参照して説明する。
【００７８】
図８は、点火装置７０の断面図である。図８に示すように、点火装置７０は、高圧電極７１（第１電極）、接地電極７２（第２電極）、誘電体粒７３、ブロック７４によって形成される。
【００７９】
接地電極７２は、中空円筒状に形成され、その中空部分が燃焼室６３に露出している。接地電極７２を形成する中空円筒の中心軸付近には、棒状の高圧電極７１が設けられる。接地電極７２は、グランド端子（図示しない）に接続される。なお、このグランド端子（図示しない）は、内燃機関１ｂの任意のグランドレベルの位置でもよいし、ＥＣＵ８０内のグランドレベルの位置に設けてもよい。
【００８０】
高圧電極７１は、伝導性のブロック７４に支持され、ブロック７４を介してＥＣＵ８０からの高圧の放電電圧ＶＤが印加される。
【００８１】
接地電極７２の中空部分７２ｂ（以下では、適宜、副燃焼室７２ｂとも称する）には、複数の誘電体粒７３が充填される。
【００８２】
この誘電体粒７３は、アルミナ、酸化ケイ素ＳｉＯ２、通常のセラミックなど誘電体として機能する物質であればよい。誘電体粒７３として、ＣＯ2吸収セラミックを用いるようにすれば、高回転・高負荷での運転状態によって誘電体粒が高温になった時にＣＯ2を放出し誘電体付近の燃焼温度を低下させるので、誘電体の過剰な温度上昇を抑制し、プレイグニッションを防ぐことができるという点で、好ましい。そのようなＣＯ2吸収セラミックとして、チタン酸二バリウムを挙げることができる。このチタン酸二バリウムは、５５０℃から７５０℃の温度域ではＣＯ2を吸収し、８００℃以上では吸収したＣＯ2を放出する性質を持つため、比較的燃焼室の温度環境に適合する。
【００８３】
中空部分７２ｂに形成された空隙部は、内燃機関１の圧縮行程において、連通路７２ａを介して主燃焼室６３内の混合気を、隅々まで導入可能な程度の空隙率で形成されている。すなわち、混合気が中空部分７２ｂの一部に行き渡るのみであるということがないように、空隙率が設定される。
【００８４】
そして、高圧電極７１〜接地電極７２間に放電電圧ＶＤが印加されると、この空隙部にて放電が生ずる。この放電は、空隙部の複数の箇所で発生するので、空隙部に導入された混合気に対して体積的な点火が行われることになる。点火後には、連通路７２ａからトーチが主燃焼室６３に噴出する。
【００８５】
なお、本実施形態において、点火装置７０は、接地電極７２を円筒形状としたが、これに限られない。接地電極が高圧電極と対向して配置され、高圧電極と接地電極との間に誘電体が挿入されれば放電を生じさせることが可能である。したがって、高圧電極７１と接地電極７２とを、たとえば互いに平行な２つの板状の部材で形成し、その２つの部材間に誘電体を接合するようにしてもよい。
【００８６】
（内燃機関１ｂの概略動作）
次に、内燃機関１ｂの概略動作について説明する。
【００８７】
圧縮行程において、副燃焼室７２ｂには、連通路７２ａを介して主燃焼室６３から均質な新気混合気が導入される。燃料噴射弁２８は、副燃焼室７２ｂに対してＥＣＵ８０から制御信号によって指示された燃料量の燃料を噴射する。また、圧縮行程では、連通路７２ａを介して主燃焼室６３内の混合気が、副燃焼室７２ｂ内の空隙部に導入される。
【００８８】
そして、ＥＣＵ８０から、点火装置７０に放電電圧ＶＤが与えられることで、所望のタイミングで、副燃焼室７２ｂ内の空隙部において体積的な点火により急速燃焼が行われる。この燃焼によるトーチは、連通路７２ａを介して主燃焼室６３へ噴出される。
【００８９】
副燃焼室７２ｂから噴出されるトーチにより、主燃焼室６３の均質な新気混合気は点火燃焼される。膨張行程において、均質な新気混合気が燃焼して発生した燃焼圧力は、ピストン３を押し下げる。これにより、主燃焼室６３の容積が増加する。既燃ガスは、ピストン３により主燃焼室６３の容積が減少する排気行程において、排気ポート２４へ排出される。
【００９０】
一般に、副燃焼室を用いたトーチ噴射による燃焼では、副燃焼室内の燃焼状態がトーチ噴射の流速やペネトレーションの支配的な因子となり、その後の主燃焼室の燃焼に大きな影響を与える。本実施形態における内燃機関１ｂでは、副燃焼室７２ｂ内における誘電体粒７３の間隙率を調節することによって、副燃焼室７２ｂ内の燃焼状態を可変にすることができるので、内燃機関の特性に応じて間隙率を決定すれば、最適なトーチ噴射を得ることが可能である。
【００９１】
＜内燃機関１ｂおよび点火装置７０の特徴＞
（１）
以上説明したように、内燃機関１ｂは、点火装置７０によって副燃焼室（中空部分７２ｂ）を形成した副室式内燃機関である。点火装置７０において、誘電体７３は、副燃焼室７２ｂ内において、高圧電極７１（第１電極）と接地電極７２（第２電極）との間に設けられ、内燃機関１ｂの主燃焼室６３に露出し、燃焼室６３内の混合気を導入するための空隙を有する。そして、ＥＣＵ８０の電圧制御部（電圧印加部）は、高圧電極７１〜接地電極７２間に放電電圧ＶＤを印加し、誘電体７３内に放電を生じさせる。放電電圧ＶＤの印加タイミングは、ＥＣＵ８０において所望の点火時期に応じて制御される。
【００９２】
したがって、誘電体の空隙によって、導入された混合気に対する体積的な点火が可能になるとともに、誘電体の状態（たとえば温度）に関わらず、運転状態に応じた所望のタイミングで点火を行うことが可能である。
【００９３】
かかる体積的な点火により燃焼期間が短くなるので、副燃焼室７２ｂ内の燃焼圧力が急速に上昇し、主燃焼室６３〜副燃焼室７２ｂ間の圧力差が上昇するため、強力なトーチが得られる。また、このトーチ噴射の強度は、副燃焼室７２ｂ内における誘電体粒７３の間隙率を調節することによって、機関に応じた最適なものとすることができる。
【００９４】
（２）
点火装置７０において、誘電体は、複数の粒状の誘電体単体から形成される。
【００９５】
したがって、接地電極７２によって形成される副燃焼室形状に関わらず、誘電体粒を充填させることができ、設計・製造が容易である。また、誘電体粒の径、形状によって、空隙率を調整することが可能である。
【００９６】
（３）
点火装置７０において、誘電体はＣＯ2吸収セラミックである。
【００９７】
チタン酸二バリウムなどのＣＯ2吸収セラミックは、高回転・高負荷での運転状態によって誘電体粒が高温になった時にＣＯ2を放出し誘電体付近の燃焼温度を低下させるので、誘電体の過剰な温度上昇を抑制し、プレイグニッションを防ぐことができるという点で好ましい。
【００９８】
以上、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成及びシステムは本実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更や、他のシステムへの適応なども含まれる。
【００９９】
たとえば、第１の実施形態における点火装置５０と、第３の実施形態における点火装置７０とは、容易に置換可能である。点火装置７０を図１に示した内燃機関１に適用するためには、誘電体粒７３が主燃焼室６３に落下せず、かつ、混合気を連通可能なストッパを設ければよい。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】第１の実施形態における内燃機関の断面図。
【図２】第１の実施形態における点火装置の断面図。
【図３】第１の実施形態において放電電圧の電圧波形の周期数の変更方法を示す図。
【図４】第１の実施形態においてＥＣＵの電圧制御部が参照するマップ情報を示す図。
【図５】第２の実施形態における内燃機関の断面図。
【図６】第２の実施形態においてＥＣＵの電圧制御部が参照するマップ情報を示す図。
【図７】第３の実施形態における内燃機関の断面図。
【図８】第３の実施形態における点火装置の断面図。
【符号の説明】
【０１０１】
１，１ａ，１ｂ  内燃機関
２８  燃料噴射弁
５０  点火装置
５１  高圧電極
５２  接地電極
５３  誘電体
５４  ブロック
７０  点火装置
７１  高圧電極（第１電極）
７２  接地電極（第２電極）
７２ａ  連通路
７２ｂ  副燃焼室
７３  誘電体
７４  ブロック
４０，８０  ＥＣＵ（電圧印加部）
６３  燃焼室（主燃焼室）
【図１】
2007198141.tif 000003
【図２】
2007198141.tif 000004
【図３】
2007198141.tif 000005
【図４】
2007198141.tif 000006
【図５】
2007198141.tif 000007
【図６】
2007198141.tif 000008
【図７】
2007198141.tif 000009
【図８】
2007198141.tif 000010